嵌入式系统在电控柴油发动机燃油控制中的应用

　　Centinel燃油管理系统（AOS）是一种可延长电控柴油发动机燃油添加间隔的嵌入式系统，它可周期性地从发动机的曲柄轴箱中去除少量旧油，并用新油替代之。旧油被送到发动机的燃料箱，在那里与燃料混合，并在正常燃烧条件下燃烧。
　　Centinel可拓展柴油卡车、拖拉机、发电机及其它设备的工作时间，缩短燃油更换和其它常规维护方面花费的时间。Centinel将旧油作为燃料，这样不但无需废油处理，而且还可减少成本并控制环境污染。
　　实际上，具有类似功能的机械系统已问世多年，但是，由于目前业界提出了复杂的发动机控制器和严格的空气质量标准，全机械方案已不能满足要求。Centinel在维持燃油质量方面要优于机械系统，因为它包含一种灵巧的算法，能根据发动机工作负荷的大小来替换燃油，而且它配备了机械设备无法实现的故障检测逻辑。
　　Centinel设计者从一开始就要求这种装置要具备高可靠性。如果燃油质量恶化或油位下降，发动机都可能受到极大的损害。由于Centinel要从发动机中除油，它必须采取必要的预防措施以确保油位和质量始终保持稳定，要解决这个问题很麻烦，因为目前尚未出现能够在柴油发动机内部恶劣条件下正常工作的、廉价的油位传感器。
　　Centinel是一种机电设备，它包括TMS370微控制器、SAE J1587汽车数据链接口、控制油进出发动机的机械活门组件、油位测量传感器，以及容纳新油的油箱。
　　在正常工作情况下，微控制器从J1587数据链接口读取发动机信息，以确定发动机的当前工作负荷，并检测是否发生与发动机和燃油相关的各种系统故障。这一信息可用于计算燃油燃烧率，并将之转换为一系列的电子控制脉冲，以便让燃油输送活门组件将旧油从发动机曲柄轴箱输送到燃料箱。
　　燃油输送活门的设计将旧油和新油活塞集成在同一装置，因此可将固定数量的旧油输送到燃料箱，并用同样数量的新油替换之。活门及相关铅管经过发动机加热，因此即便在寒冷天气燃油也能正常流动。
　　当新油箱空时，传感器就会报警，这时Centinel便延迟脉冲，直到加满油为止。发动机操作员仍需监视发动机曲柄轴箱的量油计，如果必要还得手工加油以替换发动机在正常工作期间内部燃烧的少量燃油。
　　TMS370微控制器构成了该设计的基础。所选TMS370的型号包括256B板上RAM、8KB OTPROM、256B EEPROM、一个串行通信接口（SCI）、两个16位计数器、23个数字输入、一个8通道模拟-数字转换器，以及一个12MHz系统时钟。Centinel设计所用的其它器件还包括电源调节及电源故障检测电路，以及一个用于连接发动机通信数据链路的SAE J1587数据链接口（类似于RS-485）。
　　为提高可靠性和耐用性，所有Centinel数据输入的值在使用之前都要通过软件和硬件两方面的验证。硬件检测输入和输出上的开路和短路，而所有输入值范围的检查则可阻止机械或电气故障情况下的不正确操作。
　　控制算法以固定的20ms间隔运行，并结合发动机工作负荷、气候及其它从发动机数据链路接收到的信息来计算正确的燃油率。因此，燃油更换频率是实时变化的，无论发动机的实际工作周期如何都可维持一定的燃油质量，一般是2万英里更换一次。
　　一旦计算出正确的燃油率，为了燃烧和替换所要求的燃油量，该值被传送到第二个算法以计算脉冲被传送到燃油输送活门组件的速度。这时控制逻辑是个难题，因为当新油油箱空、油冷或系统出现故障时，控制脉冲将被延迟。如果操作员将油箱加满新油、油热或系统故障得到修复时，控制脉冲就被加快传送，从而控制新油替换的量。
　　为尽量减少空气污染，EPA限定了柴油发动机的燃油量。为防止Centinel超出这一限定值，设计者采用了第三个算法以限制在所有情况下传送到燃油输送活门的zui大脉冲频率。由于这一限制，在一些情况下延迟脉冲的恢复可能要花费几个小时，甚至几天才能完成。